KR20140086144A - 마스킹 테이프 제조용 점착 조성물 및 이를 포함하는 반도체 공정용 내열 마스킹 테이프 - Google Patents

마스킹 테이프 제조용 점착 조성물 및 이를 포함하는 반도체 공정용 내열 마스킹 테이프 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상온 미점착 특성과 가열 점착 특성, 광경화에 의한 상호침투망상구조 형성 특성, 내열성, 전사방지 특성을 갖는 마스킹 테이프 제조용 점착 조성물 및 이를 포함하는 반도체 공정용 내열 마스킹 테이프에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 상기 점착 조성물은 페녹시수지 100중량부를 기준으로 하여, 열경화제 0.1 내지 40중량부, 에너지선 경화형 아크릴수지 5 내지 30중량부, 광개시제 0.5 내지 10중량부 및 무기입자 3 내지 50중량부를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

마스킹 테이프 제조용 점착 조성물 및 이를 포함하는 반도체 공정용 내열 마스킹 테이프{ADHESIVE COMPOSITION FOR MAKING MASKING TAPE AND MASKING TAPE HAVING HEAT-RESISTANCE FOR SEMICONDUCTOR PRODUCTION PROCESS COMPRISING THE SAME}
본 발명은 마스킹 테이프 제조용 점착 조성물 및 이를 포함하는 반도체 공정용 내열 마스킹 테이프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상온 미점착 특성과 가열 점착 특성, 광경화에 의한 상호침투망상구조 형성 특성, 내열성, 전사방지 특성을 갖는 마스킹 테이프 제조용 점착 조성물 및 이를 포함하는 반도체 공정용 내열 마스킹 테이프에 관한 것이다,
현대 생활에서 휴대용 기기(휴대폰, 랩탑 컴퓨터, DVD/CD/MP3 재생기, PDA 등)의 사용이 증가함에 따라 기기의 소형화 및 경량화가 필수적이다. 그에 따라, 휴대용 기기에 사용되는 반도체 패키지들의 소형화와 박형화가 최우선 과제로 대두되고 있다. 기존의 반도체들은 길게 돌출된 형상의 리드를 통하여 회로기판과 연결되는 표면실장패키지 방식(gull-wing SO format 또는 QFP(quad-flat-package))을 사용하였으나, 이와 같은 요구 특성에 한계점을 드러내고 있다. 특히 수 ㎓의 고주파를 사용하는 휴대용 통신기기들의 경우, 반도체 장치의 유전손실에 의한 발열 반응으로 그 성능 및 효율이 떨어지는 문제가 있다.
최근에 이와 같은 반도체의 요구 특성에 맞추어서 리드가 없는 QFN(quad flat no-lead package) 방식의 수요가 급상승하고 있다. QFN의 경우, 리드가 길게 돌출되어 있지 않고 다이 주위에 랜드 형태로 패키지 바닥 쪽으로 노출되어 있어서 바로 회로기판에 땜질(soldering)이 가능하다. 이에 리드를 가진 형태의 패키지보다 현저하게 작고 얇게 제조할 수 있고, 회로기판에서 차지하는 면적도 기존에 비해서 약 40% 정도 감소되는 효과가 있다. 발열 면에 있어서도, 칩을 실장하는 리드프레임이 밀봉 수지에 의해 감싸여져 있는 기존의 방식과 차별되어 리드프레임이 패키지의 바닥에 있고, 다이 패드가 외부로 바로 노출되어 있기 때문에 우수한 방열성을 나타낸다. 따라서 리드가 나와 있는 패키지들에 비해서 전기적 특성이 우수하고 자체 인덕턴스가 절반밖에 되지 않는다는 장점을 갖는다.
이렇게 패키지 바닥으로 리드프레임과 밀봉 수지 표면이 공존하는 계면이 생기게 되므로, 일반적인 금속 몰딩틀을 이용하는 경우에 밀봉수지가 리드프레임과 몰딩틀 사이로 쉽게 새어 들어가서 랜드부 표면이나 다이패드 표면을 수지로 오염시키는 문제를 발생시킨다. 그리하여, 필수적으로 점착 테이프를 사용하여 리드프레임에 라미네이션(lamination)시킨 후, QFN 제조 공정 및 수지 봉지 공정을 거치므로 수지 공정 동안 밀봉 수지의 블리드-아웃(bleed-out)이나 플래쉬(flash)를 막을 수 있다.
한편, 일반적으로 반도체 장치 제조 공정 중에 내열 점착 테이프와 관련되는 공정은 간단히 테이핑 공정(tape lamination) → 다이 접착(die attach) → 와이어 본딩(wire bonding) → 밀봉 수지 봉지(EMC molding) → 디테이핑(detaping) 공정으로 구성되어 있다.
첫째로, 테이핑 공정에서는 라미네이터를 사용하여 점착 테이프를 구리 혹은 PPF(Pre-Plated Frame) 리드프레임에 점착시키는데, 라미네이터의 종류 및 방식에 따라 롤러(roller)를 사용하는 경우, 핫프레스(hot press)를 사용하는 경우, 두 경우의 혼합형, 그리고 리드프레임의 댐바(Dam bar) 부분만을 프레스하는 경우 등으로 나뉘어질 수 있으며, 그에 따라 요구되는 점착 테이프의 특성이 달라지게 된다. 각 방식에 따라 점착층은 기포의 포함 없이 리드프레임에 밀착이 잘되어 있어야 하고, 점착 테이프가 라미네이션된 리드프레임의 취급 과정에서도 탈라미네이션(delamination)이 없을 정도의 점착력을 유지하고 있어야 한다.
둘째로, 다이를 리드프레임에 접착시키는 다이 접착공정에서는 페이스트 혹은 필름 형태의 에폭시, 폴리이미드, 실리콘계의 접착층이 150 내지 170℃에서 20 내지 60분 정도의 시간에 걸쳐서 경화가 되면서 다이와 리드프레임을 접착시킨다. 이 공정 동안 리드프레임에 라미네이션되어 있던 점착 테이프는 그 점착층이나 기재층의 어떤 화학적 물리적 변형이 없이 안정된 내열도로 다이 접착성에 문제를 일으켜서는 안 된다.
셋째로, 와이어 본딩 공정에서는 금, 알루미늄, 구리 와이어 등을 사용하여 다이와 리드프레임의 랜드부를 전기적으로 연결한다. 이 공정에서는 열, 압력 혹은 초음파를 동원하여 와이어를 접합시키는데, 주로 100 내지 300℃에서 짧게는 20분에서 길게는 2시간 정도까지 공정이 유지된다. 와이어가 다이와 랜드부에 각각 접합되는 동안 높은 접합성을 위해서 고열과 고압 혹은 초음파 진동까지 필요함으로 그 과정 동안 밑에서 리드프레임을 받치고 있는 점착 테이프의 물성의 변동이 생기면 반도체 장치에서 제일 중요한 와이어 본딩성에 문제가 생길 수가 있다. 다시 말해서, 와이어가 손상되거나 접합계면이 부실해질 수 있는 것이다. 따라서 기재를 포함하여 점착층 자체는 내열성이나 물리적인 외력에 대한 적은 변형성과 내구성이 우수해야 한다.
넷째로, 밀봉 수지 봉지 공정에서는 다이 접착 공정과 와이어 본딩이 된 리드프레임/테이프를 몰딩틀 안에서 밀봉 수지를 사용하여 봉지를 하게 된다. 이 과정은 175 내지 190℃의 고온에서 3 내지 5분 정도 수행되는데, 수지가 흘러 들어와서 각 소자 혹은 다수의 소자들을 동시에 밀봉시키는 동안 수지가 리드프레임과 테이프 사이의 계면으로 침투하지 않도록 테이프가 리드프레임에 고온에서도 잘 밀착이 되어 있어야 한다. 그렇지 않으면, 고온 고압으로 유입되는 밀봉 수지의 블리드-아웃(bleed-out)이나 플래쉬(flash)를 일으킬 수 있다. 추가적으로는 밀봉 수지와 직접적으로 접촉하는 점착층이 밀봉 수지와 반응하여 차후에 밀봉 수지 표면에 점착 조성물을 잔류시키게 될 수 있으며, 혹은 밀봉수지의 흐름에 의한 점착층의 물리적인 전단 변형이 오면서 밀봉 수지 표면을 고르지 못하게 할 수 있다.
다섯째로, 디테이핑 공정에서는, 위의 밀봉 수지 공정에서 언급했던 것처럼, 테이프가 제거된 후에 점착층과 접해 있던 밀봉 수지 표면이 물리적 혹은 화학적으로 균일해야 하고, 점착 조성물이 잔류하게 되면 안 된다. 또한 리드프레임 표면에도 점착 조성물의 잔류물이 남아 있으면 안 된다. 테이프를 제거하는 방식은 상온에서 수작업이나 가열이 가능한 자동화된 기계를 사용하는 경우들이 있다. 기계를 사용하는 경우는, 밀봉 수지 봉지 공정을 거친 테이프가 접착되어 있는 리드프레임을 오븐이나 핫플레이트(hot plate)를 통과하면서 테이프가 제거될 수 있는 적절한 온도로 가열된 상태에서 테이프를 제거하는 것이다.
위와 같이 반도체 장치 제조 공정에 쓰이는 점착 테이프의 요구 특성을 종합적으로 요약을 하자면, 각 라미네이터의 라미네이션 방식에 맞추어서 테이프가 외관상으로 기포의 형성이 없이 리드프레임에 밀착되어야 하고, 다이 접착성이나 와이어 본딩성이 우수할 수 있도록 언급된 온도 범위 및 공정 시간 동안 테이프가 물리적 화학적 변화가 없어야 한다. 다시 말해, 아웃가스(outgas)와 같은 형태로 점착층의 일부가 빠져 나와서 반도체 장치 소자 표면에 흡착되어 결합이 되어야 할 계면의 결합력을 저하시켜서는 안 된다. 또한, 테이프의 치수의 변동이 생기거나, 점착층의 물리적 특성인 탄성계수 혹은 점도와 같은 값의 극단적으로 변화하여 점착층이 흘러버리거나, 너무 경도가 높아져서 부스러지는 것은 반도체 장치의 신뢰성을 유지하는데 우려를 줄 수 있다. 밀봉 수지 봉지 공정 동안에는 테이프가 리드프레임에 밀착된 상태를 잘 유지하여 그 계면 사이로 밀봉 수지가 침투하여 리드프레임 표면을 오염시키지 않아야 한다. 물론 디테이핑 공정 후에 디플래쉬(deflash) 공정이 추가가 가능은 하지만, 궁극적으로는 추가 세척 공정이 없는 것이 효율 및 경제적으로 권장된다. 디테이핑 후에는 밀봉 수지 표면 상태가 밀봉 수지가 원래 디자인되었던 의도대로 구현이 되도록 점착 조성물과와 밀봉 수지 간에 특이한 반응이 없어야 하고, 점착 조성물이 표면에 남아 있지 않아야 한다. 또한, 리드프레임 표면에도 점착 조성물의 잔사가 존재하지 않아야 한다.
그러나, 종래의 아크릴계이나 실리콘계의 점착 조성물로는 이와 같은 온도에 의존적인 초기 점착력을 구현하는데 한계가 있다. 다시 말해, 상온에서 점착력이 제로(zero)에 근접하고 가열 시에만 점착력이 나오도록 구현하기가 불가능하다는 것이다. 점착 조성물의 조성이나 기능기들의 조절에 의한 피착제와의 물리적인 결합력을 최소화시킬 수 있겠으나, 기본적으로 낮은 유리전이온도에 의한 점착 조성물의 점성으로 피착제에 큰 외압이 없이도 밀착하여 라미네이션 공정에서 문제를 일으키게 된다.
열경화성 아크릴계 점착 조성물의 경우는 근본적인 내열 응집력의 한계나 우수한 택(tack) 특성으로 디테이핑 후에 리드프레임이나 밀봉 수지 표면에 점착 조성물 잔사의 문제가 있고, 실리콘계 점착 조성물의 경우 미경화된 저분자 점착 조성물이 고온 공정에서 아웃가스 형태로 휘발될 경우, 그의 낮은 표면 에너지 때문에 반도체 장비 및 반도체 소자의 표면에 쉽게 흡착 혹은 고착되어 장비를 오염시키고 와이어 본딩성이나 다이 접착성과 연관된 반도체 신뢰성에 큰 문제를 야기시키는 것은 이미 공론화된 사실이다. 실리콘계의 경우는 점착력이 높아서 밀봉 수지 누출에 유리할 것으로 예상되나, 높은 점성에 의한 높은 변형율로 고온 고압의 밀봉수지의 흐름이 리드프레임과 점착층 사이를 밀고 들어가 밀봉 수지 누출을 야기시키는 문제가 있다.
따라서, 위와 같은 테이프의 요구 특성을 만족시키면서 라이네이션의 방식 중에서도 핫프레스를 사용하여 라미네이션을 하는 라미네이터에 적합하며, 점착층이 상온에서 라미네이터 구성 요소의 일반적인 재질인 스텐레스 스틸(STS) 종류의 재질에 대하여 점착력이 전혀 없고 일정한 열과 압력이 가해졌을 시에만 점착력이 구현되어 리드프레임에 접착될 수 있는 점착 조성물 및 이를 포함하는 마스킹 테이프에 대한 개발요구가 여전히 존재하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 상온 미점착 특성과 가열 점착 특성, 광경화에 의한 상호침투망상구조 형성 특성, 내열성, 전사방지 특성을 갖는 마스킹 테이프 제조용 점착 조성물 및 이를 포함하는 반도체 공정용 내열 마스킹 테이프를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상술한 특별한 라미네이션 공정 조건의 요구 특성을 모두 만족시키면서도 기존의 반도체 장치 제조 공정에 사용되어 온 점착 테이프들의 점착 조성물 잔사 및 밀봉 수지 누출 및 외관 불량의 한계를 개선할 수 있는 반도체 공정용 내열 점착 마스킹 테이프를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 보다 분명해 질 것이다.
본 발명에 따른 마스킹 테이프 제조용 점착 조성물은 페녹시수지 100중량부를 기준으로 하여, 열경화제 0.1 내지 40중량부, 에너지선 경화형 아크릴수지 5 내지 30중량부, 광개시제 0.5 내지 10중량부 및 무기입자 3 내지 50중량부를 포함하여 이루어진다.
상기 페녹시수지는 중량평균 분자량이 1,000 내지 500,000인 페녹시수지 또는 변성 페녹시수지인 것이 바람직하다.
상기 에너지선 경화형 아크릴수지는 적어도 하나의 탄소 이중결합을 분자 내에 가지고 있는 것이 바람직하다.
상기 무기입자는 적어도 하나의 히드록실기(hydroxyl group)를 가지며, 0.1 내지 20㎛의 범위 이내의 평균입경을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 반도체 공정용 내열 마스킹 테이프는 상기한 바의 구성을 갖는 점착 조성물을 내열 기재 상에 도포시켜서 형성되는 점착층을 포함하여 이루어진다.
상기 내열 기재는 두께가 5 내지 100㎛의 범위 이내이고, 유리전이온도가 110 내지 450℃의 온도범위 이내이고, 열팽창계수가 100 내지 200℃에서 1 내지 35ppm/℃의 범위 이내이고, 상온 탄성률이 1 내지 10GPa의 범위 이내인 것이 바람직하다.
상기 점착층의 스테인레스스틸(STS)에 대한 상온 점착력이 0 내지 1gf/50㎜의 범위 이내인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 마스킹 테이프의 점착층이 상온에서는 점착력을 가지지 않으며, 가열 라미네이션 공정 중에서만 점착력이 발현되어 리드프레임에 라미네이션이 가능하게 할 수 있도록 하는 마스킹 테이프를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 마스킹 테이프의 점착층의 추가적인 광경화로 인한 부분적 상호침투망상구조를 형성하여 반도체 장치의 제조 공정 중에 점착 테이프가 노출되는 열이력에 대하여 향상된 내열성을 갖도록 하는 마스킹 테이프를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기한 바와 같은 내열성의 마스킹 테이프를 제공함으로써 반도체 장치의 제조 중의 장치의 신뢰성 향상에 도움이 되고, 봉지재료의 누출을 방지하며, 공정 완료 후, 마스킹 테이프가 제거될 때 리드프레임이나 봉지재료에로의 점착층 전사 및 이들의 외관 불량을 방지할 수 있는 등의 효과를 제공한다.
이하, 본 발명을 구체적인 실시예들을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.
본 발명은 반도체 장치 제조 공정에 필요하고 그에 따른 요구 특성을 만족시킬 수 있는 마스킹 테이프 제조용 점착 조성물 및 이를 포함하는 반도체 공정용 내열 마스킹 테이프에 관한 것으로서, 리드프레임과 같은 금속류에 우수한 접착력을 가지고, 내열성도 탁월한 열가소성의 페녹시수지를 주재로 사용한다. 상기 리드프레임에 대한 우수한 밀착성 및 접착성으로 밀봉 수지의 블리드-아웃(bleed-out)이나 플래쉬(flash)가 없고, 경화도를 조절함으로써 리드프레임에 점착력이 발현되는 온도도 조절 가능하다. 또한, 첨가된 광경화 수지들의 에너지선 조사에 의한 추가적인 가교 구조 형성으로 향상된 응집력으로 디테이핑 후에 점착 조성물의 리드프레임이나 밀봉 수지 표면에 남는 점착 조성물 잔류 문제를 해결한다. 또한 첨가된 무기입자에 의해 밀봉 수지 표면을 박리시켜 디테이핑 후 밀봉수지 외관 불량의 문제를 해결한다. 본 발명에 따른 반도체 공정용 내열 마스킹 테이프는 반도체 패키징 공정을 예를 들어 기술하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 각종 전자부품의 고온 제조공정상에 마스크 시트로도 적용할 수 있음은 물론이다.
본 발명에 따른 마스킹 테이프 제조용 점착 조성물은 페녹시수지 100중량부를 기준으로 하여, 열경화제 0.1 내지 40중량부, 에너지선 경화형 아크릴수지 5 내지 30중량부, 광개시제 0.5 내지 10중량부 및 무기입자 3 내지 50중량부를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 마스킹 테이프 제조용 점착 조성물은 내열성이 우수하고, 점착력이 뛰어난 열가소성 페녹시수지를 주재로 하고, 여기에 열경화제와 페녹시수지의 과다 경화 수축을 조절하면서 내열성을 보존하기 위한 에너지선 경화형 아크릴수지 및 이를 위한 광개시제를 포함한다. 또한 밀봉 수지 외관 불량을 막기 위한 무기입자를 포함한다.
상기 페녹시수지는 본 발명에 따른 점착 조성물의 주성분으로서 기능하며, 열가소성수지의 일종이며, 특히, 중량평균 분자량이 1,000 내지 500,000인 페녹시수지 또는 변성 페녹시수지인 것이 바람직하다. 보다 구체적인 페녹시수지의 예들에는 비스페놀 A형 페녹시, 비스페놀 A형/비스페놀 F형 페녹시, 브롬계 페녹시, 인계 페녹시, 비스페놀 A형/비스페놀 S형 페녹시 및 카프로락톤 변성 페녹시들이 포함되나, 본 발명이 이들에 제한되는 것은 아니다. 상기한 페녹시수지들 중에서도 특히 비스페놀 A형 페녹시수지가 내열성, 친환경성, 열경화제와의 상용성, 경화 속도 측면에서 우수하므로 더 바람직하다. 상기 페녹시수지의 중량평균분자량은 1,000 내지 500,000인 것이 바람직하고, 이 경우, 내부 응집력의 증가로 인한 내열성 향상으로 디테이핑 시 점착 조성물 잔사 문제를 최소화 할 수 있다. 분자량이 1000 미만인 경우, 내부 응집력이 떨어져서 요구되는 내열 특성이 구현되지 않게 되는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 500,000을 초과할 경우, 고점도에서 오는 작업성의 저하나 코팅 후에도 코팅 면상이 고르게 나오기가 힘들게 되며, 다른 원료들과의 혼합성이 조절되기 어려워지는 문제점이 있을 수 있다.
또한 상기 페녹시수지를 용해할 수 있는 유기 용매의 종류에는 케톤계, 알코올계, 글라이콜 에테르계, 에스테르계가 있다. 그 중에서 몇 가지 예로는 사이클로헥사논, 메틸에틸케톤, 벤질알코올, 다이에틸렌글라이콜알킬에테르, 페녹시프로판올, 프로필렌글라이콜 메틸에테르아세테이트, 테트라하이드로퓨란, N-메틸피롤리돈 등을 단독으로 혹은 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 유기 용매를 사용할 경우에는, 유기 용매 100중량부에 대해 페녹시수지 5 내지 40중량부가 적당하고, 20 내지 30중량부가 더 바람직하다. 필요에 따라, 코팅 불량 및 필름 상의 내열 기재와의 접착력을 높이기 위해 톨루엔, 자일렌, 헥산 등과 같은 방향족 탄화수소류를 희석제로 첨가할 수 있다. 희석제의 양은 상기 유기 용매를 기준으로 40%를 넘지 않도록 한다.
상기 열경화제(달리 “가교제”라고도 함)는 상기 페녹시수지에 첨가되어 사용될 수 있으며, 이러한 열경화제로는 기능기로서 수산기를 가지고 있는 수지를 경화시킬 수 있는 것이면 모두 가능하다. 멜라민계 경화제, 우레아-포름알데히드계 경화제, 이소시아네이트-관능성 예비중합체 경화제, 페놀계 경화제, 아미노계 경화제 등을 들 수 있다. 상기 열경화제의 사용량은 상기 페녹시수지 100중량부 대비 0.1 내지 40중량부가 바람직하고, 5 내지 20중량부가 더욱 바람직하다. 상기 열경화제의 사용량이 상기 페녹시수지 100중량부 대비 0.1중량부 미만으로 되는 경우, 가교 구조가 충분히 형성되지 못할 수 있게 되고, 그에 따라 수득되는 점착 조성물에 의해 형성되는 점착층이 물러져서(상대적인 유리전이온도의 감소 및 손실 탄성률 증가) 라미네이션 시, 리드프레임이 점착층으로 너무 깊숙이 파고 들어가고, 리드프레임에 의해서 밀린 점착 조성물이 리드프레임의 다이패드나 랜드부 주위로 올라옴으로써 수지 밀봉 공정 시, 밀봉 수지와 리드프레임 사이에 개재되어 디테이핑 시 점착 조성물 잔사를 일으키는 문제점이 있을 수 있다. 반대로, 상기 열경화제의 사용량이 상기 페녹시수지 100중량부 대비 40중량부를 초과하는 경우에는 점착층의 점착력과 젖음성이 너무 떨어져서 탈라미네이션(delamination) 문제를 일으킬 수 있으며, 지나치게 증가된 강도로 인하여 라미네이션 과정에서 점착층이 부스러지는 문제를 야기시킬 수 있고, 추가적으로 필름 상의 내열 기재에의 점착 조성물 도포 후, 건조 및 경화 과정 동안 지나친 경화 수축으로 테이프가 휘어버리는 문제를 발생시켜 라미네이션 작업성이 떨어지게 되는 문제점이 있을 수 있다.
상기 에너지 경화형 아크릴수지는 상기 페녹시수지의 가교 구조에 추가적인 가교 구조를 형성하기 위하여 사용된다. 이러한 에너지선 경화형 아크릴수지로는 탄소-탄소 이중 결합을 가진 아크릴 고분자, 아크릴 올리고머, 아크릴 모노머 등이 사용가능하고, 적어도 하나 이상의 불포화 결합을 가지고 있다. 이 아크릴기는 자유 라디칼 반응을 통해서 가교 구조를 형성하는 관능기로 작용하며, 그 수에 따라 반응성, 가교 구조 및 경화도의 조절이 가능하다. 관능기의 수가 늘어날수록 반응(가교) 속도가 증가하고, 유리전이온도가 증가하고, 내열성이 증가하나, 점착층의 유연성과 점착력이 감소하는 단점이 있다. 적절한 관능기 수를 가진 아크릴수지를 선택함에 있어서도, 페녹시수지를 경화시키는 열경화제의 선택과 마찬가지로, 점착력과 경직성 사이의 균형을 맞추는 것을 사용하여야 한다. 이러한 에너지선 경화에 사용되는 아크릴수지의 예로는, 에폭시 아크릴레이트, 방향족 우레탄아크릴레이트, 지방족 우레탄아크릴레이트, 폴리에테르아크릴레이트, 폴리에스테르아크릴레이트, 아크릴아크릴레이트 등이 있으며 단독 혹은 2종 이상의 서로 다른 올리고머의 조합으로도 사용이 가능하다. 또한 각 종류의 올리고머 중에서도 관능기의 수에 따라서도 선택이 가능하며, 2 내지 9 정도의 관능기를 가진 올리고머 사용이 가능하다. 높은 경화 밀도를 통한 점착층의 응집력, 강도, 유리전이온도의 증가로 우수한 와이어 본딩성 및 디테이핑 시 점착층이 밀봉 수지 표면과 리드프레임에 잔사되는 것을 억제하기 위해서는 6 내지 9 정도의 관능기를 가진 올리고머가 바람직하다. 이러한 에너지선 경화형 아크릴수지의 함량은 페녹시수지 100중량부 대비 1 내지 40중량부, 바람직하게는 5 내지 30중량부의 범위 이내이다. 상기 에너지선 경화형 아크릴수지의 함량이 상기 페녹시수지 100중량부를 기준으로 1중량부 미만으로 사용되는 경우, 내열성이 부족한 문제점이 있을 수 있고, 반대로 40중량부를 초과하는 경우, 리드프레임과의 접착력이 감소되는 문제점이 있을 수 있다.
상기 광개시제는 상기 에너지선 경화형 아크릴수지의 에너지선에 의한 경화를 개시하는데 사용되며, 이러한 광개시제로는 벤조페논계, 치오산톤계, 알파-하이드록시케톤계, 알파-아미노케톤계, 페닐글리옥실레이트계, 알아크릴포스파인계 등이 있다. 광개시제는 단독으로 사용 가능하기도 하나, 점착층의 두께나 에너지선의 세기 등에 따라 고른 가교구조의 형성을 위하여 그리고 광개시제의 효율 및 특성에 따라 2종 이상을 혼합하여 사용하기도 한다. 이러한 광개시제의 함량은 상기 페녹시수지 100중량부를 기준으로 하여 0.5 내지 10중량부, 바람직하게는 1 내지 5중량부의 비율로 사용된다. 상기 광개시제가 상기 페녹시수지 100중량부를 기준으로 하여 0.5중량부 미만으로 사용되거나 10중량부를 초과하는 경우, 아크릴수지의 반응이 제대로 이뤄지지 않아서 내열성 부족 및 점착제 잔사 문제를 야기할 수 있다.
상기 무기입자는 최소 하나 이상의 히드록실기(-OH)를 갖는 것으로서, 본 발명에서 사용가능한 무가입자로는, 예를 들면, 수산화알루미늄(aluminum hydroxide), 수산화갈륨(gallium hydroxide), 수산화인듐(indium hydroxide), 수산화티타늄(titanium hydroxide), 수산화아연(zinc hydroxide), 수산화동(copper hydroxide) 또는 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것이 될 수 있다. 상기 무기입자의 평균입경은 0.1 내지 20㎛의 범위 이내, 바람직하게는 0.5 내지 5㎛의 범위 이내인 것이다. 상기 무기입자는 본 발명에 따른 점착 조성물 표면에 조도를 부여하며, 또한 외부로 노출된 무기입자의 히드록실기에 의해 봉지 수지의 경화 시 직접적인 화학적 결합을 통해 테이프 탈착(detaping) 시 부분적으로 높은 박리력을 보이며, 강제적으로 봉지재의 표면을 박리시켜 외관불량을 막는 효과를 가지게 하는 기능을 한다. 상기 무기입자는 상기 페녹시수지 100중량부를 기준으로 하여 3 내지 50중량부, 바람직하게는 5 내지 30중량부의 범위 이내의 양으로 사용되어진다. 상기 무기입자의 사용량이 상기 페녹시수지 100중량부를 기준으로 하여 3중량부 미만으로 사용되는 경우, 에폭시봉지재 표면의 박리효과를 얻기 힘들게 되는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 50중량부를 초과하는 경우, 리드프레임 점착력 등의 기존 점착제 성질이 감소하는 문제점이 있을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 공정용 내열 마스킹 테이프를 구성하는 상기 점착 조성물의 유리전이온도는 80 내지 150℃인 것이 바람직하고, 또한 상기 점착층의 스텐레스 스틸(STS) 재질에 대한 상온 점착력이 0 내지 1gf/50㎜인 것이 바람직하다. 유리전이온도가 80℃ 미만인 경우에는 QFN 공정 동안의 열이력에 의해서 고온에서의 점착 조성물의 물성 변화가 너무 심해지는 문제점이 있을 수 있고, 150℃를 초과할 경우에는 테이프의 라미네이션 온도가 170℃ 이상이 되면서 라미네이션 후에 휨(warpage)이 심해지는 문제점이 있을 수 있으며, 리드프레임의 열팽창이 심해지면 테이프와의 열팽창 정도의 차이가 커져 결국 휨의 발생이 증가하게 되는 문제점이 있을 수 있다.
또한, 상기한 바의 점착 조성물의 내열 기재 상에의 코팅에 의해 형성되는 점착층의 스테인레스스틸(STS)에 대한 상온 점착력은 0 내지 1gf/50㎜의 범위 이내인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 공정용 내열 마스킹 테이프는 상기한 바의 구성을 갖는 점착 조성물을 내열 기재 상에 도포시켜서 형성되는 점착층을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
상기 내열 기재는 그 위에 점착 조성물을 도포하여 형성되는 점착층을 지지하는 기능을 하여 본 발명에 따른 반도체 공정용 내열 마스킹 테이프를 구성하는 요소로서 기능하며, 상기 내열 기재로는 내열성이 우수한 고분자 필름이 사용 가능하다. 이러한 내열 기재의 경우, 필름 형태로 가공이 가능하고, 충분한 내열성으로 상기 기술된 온도 범위 및 시간 동안 물리화학적 변화가 없어야 된다. 또한 이러한 내열기재는 5% 중량감소가 되는 온도가 적어도 300℃ 이상인 것이 바람직하고, 100 내지 200℃에서의 열팽창계수가 1 내지 35ppm/℃의 범위 이내인 것이 바람직하다. 상기 내열 기재의 유리전이온도 또한 110 내지 450℃인 것이 바람직하다. 안정되고 우수한 고온 내열성은 고온 라미네이션 시, 기재의 평탄도를 유지하여 균일하게 라미네이션이 가능하게 하고, 높은 와이어 본딩성을 보장할 수 있다. 고온에서도 유지되는 필름의 치수 안정성은 수지 봉지 공정 동안에도 몰딩틀에서 변형이 없어서 수지의 누출을 억제할 수 있다. 추가적으로 탄성률은 상온에서 1 내지 10GPa이고, 100 내지 300℃ 범위 내에서도 100 내지 5000MPa을 유지하는 것이 바람직하다. 탄성률이 너무 낮거나 접힘 현상이 심한 기재 필름들을 사용한 경우, 테이프의 취급 과정, 테이프를 라미네이션 장비에 로딩(loading)하는 과정, 테이프가 장비에 피딩(feeding)되는 과정에서 발생될 수 있는 주름이 남아 있게 되어 추후에 라미네이션 불량(부분 탈라미네이션)을 야기하고, 불균일한 와이어 본딩성 및 수지 블리드-아웃을 일으킬 수 있다. 이런 요구 특성들을 만족하는 기재로는 내열성 고분자 필름이 적용 가능하고, 내열 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리페닐렌설파이드, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리아마이드, 폴리에테르이미드 등으로 가공된 필름들을 예로 들 수 있다.
또한, 필름상의 내열 기재의 두께는 특별한 제한이 없고, 라미네이션 장비 및 수지 봉지 장비의 적용 한계에 의하여 결정된다. 일반적으로 5 내지 100㎛가 바람직하나, 외력에 의한 주름 현상을 억제하고, 적절한 내열성을 유지하고, 취급에 용이하기 위해서는 10 내지 40㎛가 더 바람직하다. 필요에 따라, 점착 조성물과 필름상의 내열 기재와의 접착력을 향상시키기 위하여 샌드매트 처리, 코로나 처리, 플라즈마 처리 및 프라이머 처리도 가능하다.
이하, 본 발명은 다음과 같은 형태로 실시가 가능하며, 본 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1>
페녹시수지(대한민국 소재 국도화학㈜ 제품 YP50) 100중량부를 메틸에틸케톤 300중량부에 용해시키고, 이소시아네이트계 열경화제(미합중국 소재 다우코닝사 제품 CE138) 15중량부, 에너지선 경화형 화합물인 지방족 폴리우레탄아크릴레이트(일본국 소재 일본합성 제품 UV7600B80) 20중량부, 알아크릴포스파인계 광개시제(미합중국 소재 사이텍사(CYTEC) 제품 DAROCUR TPO) 2중량부 및 수산화알루미늄 무기입자(중화인민공화국 소재 킨다오 차이나오일 컴퍼니(QINDAO CHINAOIL CO.,LTD) 제품 HT-205) 15중량부를 메틸에틸케톤 85중량부에 별도로 용해시키고, 균질화(homogenizing) 시킨 후, 위 두 용액을 혼합하고, 1시간 교반시켜 본 발명에 따른 점착 조성물을 수득하였다. 교반이 끝난 점착 조성물을 25㎛ 두께의 폴리이미드 필름(대한민국 소재 코오롱사 제품 LN)에 도포하고, 150℃ 건조기에서 약 3분간 건조시켰다. 건조 후 수득되는 점착층의 두께는 약 6㎛로 확인되었다. 건조기를 통과한 건조된 필름은 추가적인 가교 구조를 형성하기 위한 에너지선 경화 단계를 거치는데, 본 실시예에서는 자외선을 조사하여 본 발명에 따른 반도체 공정용 내열 마스킹 테이프를 수득하였다. 이때, 자외선의 광량은 약 300mJ/㎠ 이었다. 점착층 내의 완전한 경화를 위하여 장파장의 자외선 A영역(315 내지 400㎚)의 에너지선을 방출하는 무전극 자외선램프를 사용하였다. 조사되는 자외선의 광량은 자외선램프의 강도, 조사 면과의 거리, 조사 시간 등의 적절한 조합으로 조절하였다. 또한 산소에 의한 에너지선 경화 효율의 감소를 방지하기 위해 질소 분위기에서 자외선이 점착층에 조사되었다.
< 비교예 1>
페녹시수지(대한민국 소재 국도화학㈜ 제품 YP50) 100중량부를 메틸에틸케톤 300중량부에 용해시키고, 이소시아네이트계 열경화제(미합중국 소재 다우코닝사 제품 CE138) 15중량부, 에너지선 경화형 화합물인 지방족 폴리우레탄아크릴레이트(일본국 소재 일본합성 제품 UV7600B80) 20중량부, 알아크릴포스파인계 광개시제(미합중국 소재 사이텍사(CYTEC) 제품 DAROCUR TPO) 2중량부를 혼합하고 1시간 교반시켜서 점착 조성물을 수득하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 대조군(무기입자를 포함하지 않는 대조군)으로서의 마스킹 테이프를 수득하였다.
< 비교예 2>
점착 조성물의 주재로서의 페녹시수지 대신 아크릴수지(대한민국 소재 삼원사 제품 AT5100) 100중량부를 에틸아세테이트 320중량부에 용해시키고, 이소시아네이트계 열경화제(미합중국 소재 다우코닝사 제품 CE138) 10중량부, 에너지선 경화형 화합물인 지방족 폴리우레탄아크릴레이트(일본국 소재 일본합성 제품 UV7600B80) 25중량부, 에폭시아크릴레이트(미합중국 소재 사이텍사 제품 EB600) 0.5중량부 및 실리콘아크릴레이트(일본국 소재 신에츠사 제품 KP-541) 0.1중량부, 알아크릴포스파인계 광개시제(미합중국 소재 사이텍사(CYTEC) 제품 DAROCUR TPO) 1중량부를 혼합하고 1시간 교반시켜서 점착 조성물을 수득하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 대조군(점착 조성물의 주재로서의 페녹시수지를 포함하지 않는 대조군)으로서의 마스킹 테이프를 수득하였다. 이 비교예 2는 고온 라미네미션 시 점착력의 발현과 디테이핑 시 점착 조성물 잔사를 막기 위해 에폭시와 실리콘계의 아크릴레이트를 각각 첨가한 경우이다.
상기 실시예 및 비교예들에서 제조된 마스킹 테이프를 각각 평가하여 하기 표 1에 나타내었다.
구분 실시예 1 비교예 1 비교예 2
점착 조성물 종류 열가소성
페녹시수지		 열가소성
페녹시수지		 아크릴수지
STS304판에 대한 상온에서의 점착력 없음 없음 거의 없음
라미네이션 조건 핫 프레스, 200℃, 2MPa, 20초
라미네이션 경도 우수 우수 주름발생
5% 중량 손실 온도(%) 450 430 330
유리전이온도(℃) 125 120 30
200℃에서의 테이프 탄성률(Pa) 3.0×109 2.8×109 1.6×109
200℃에서의 가스방출(Outgas)(%)±0.1 1.2 1.2 1.6
점착력(gf/53㎜, 구리모델 L/F)모델 L/F) 라미네이션 후 탈착(detaping) 15 15 5
점착력(gf/53㎜, 구리모델 L/F) 핫 플레이트, 220℃, 45분 후 탈착 130 130 20
160℃에서의 봉지재 박리력(N/㎝) 3.1 1.7 0.3
점착 조성물 잔사
(탈착후)		 리드프레임 표면 없음 없음 있음
점착 조성물 잔사
(탈착후)		 밀봉 수지 표면 없음 없음 없음
밀봉 수지 누출 없음 없음 심함
탈착후 점착층에 남은 리드프레임 자국 뚜렷함 뚜렷함 점착층 밀림
탈착후 봉지재 외관 불량 없음 있음 없음
상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 페녹시 수지를 주재로 하고 무기입자를 포함하는 본 발명에 따른 실시예 1과 페녹시수지만을 주재로 한 비교예 1 및 아크릴수지를 주재로 한 비교예 2의 반도체 장치제조에 쓰이는 마스킹 테이프로서의 주요 특성들과 연관되는 물성들을 비교하였다.
이들 점착테이프의 라미네이션 측면의 적용 용도에 있어서 상온에서 스테인레스스틸 재질에 점착력이 없어야 하는 이유로 그와 같은 특성을 주기 위하여 점착 조성물이 결정되었다. 두 마스킹 테이프는 스테인레스스틸 재질(STS 304)에 대하여 모두 측정이 불가능할 정도로 상온 점착력이 없었으나, 비교예 2의 경우 점착 조성물과 스테인레스스틸 재질간의 미세한 점착력이 남아있음을 확인할 수 있었다. 이는 아크릴수지의 근본적인 점착특성을 자외선 경화를 통해서 없애지는 못하거나 또는 고분자량(중량평균분자량 약 800,000)의 아크릴쇄에서 유래하는 점착층의 무름 혹은 유연성으로 반데르발스나 극성기에 의한 점착력이 아닌 점착층의 물리적 변형으로 인한 접착 표면의 증가에서 오는 미세한 점착력에 기인하는 것으로 여겨지고 있다. 결국 이 미세한 점착력이 상기에서 언급한 라미네이션 장비의 경우에서는 테이프의 피딩성(feeding)에 문제가 되어 약 20%의 작업성 실패를 초래하는 결과를 야기함을 확인할 수 있었다.
또한 비교예 2의 경우에는 초기 상온 점착력을 없애기 위해 추가된 상대적으로 과량의 에너지선 경화형 올리고머들로 인하여 고온에서의 라미네이션 시 충분한 점착력이 나오지 않아서 부분적으로 탈라미네이션이 발견되었고, 육안으로도 확인 가능할 정도로 리드프레임에 접착이 된 부분과 되지 않은 부분의 존재로 인하여 테이프의 주름이 발견되었다. 또한 비교예 2의 경우, 이와 같은 낮은 점착력으로 밀봉 수지 본지 공정에서 심각한 수지 누출 문제를 일으켰고, 리드프레임 표면이 밀봉 수지로 오염이 된 것을 확인하였다. 탈착(detaping) 후 남아있는 리드프레임 패턴의 자국을 검사해보면 다이나 랜드부 자국 주위로 눌려서 밀린 점착 조성물이 뭉쳐 있는 것을 확인할 수 있었는데, 이것은 상대적으로 무른 비교예 2의 점착층이 밀봉 수지 공정 동안 고온 고압의 수지 흐름으로 인해 변형이 되면서 수지 누출을 용이하게 해주었을 가능성을 시사하였다. 그러나 실시예 1 및 비교예 1의 경우는 점착층의 밀림 현상이 없이 점착층에 다이나 랜드부의 표면의 조도가 그대로 음각이 되어 있는 것으로 점착 조성물이 리드프레임에 밀착되어서 수지 누출이 없었을 것으로 확인되었다.
또한, 열무게분석장치, 시차주사열량계, 동적기계분석장치, 습윤분석기를 사용하여 각각 측정한 5% 중량손실온도, 유리전이온도, 동적탄성률, 가스방출(outgas)의 상대적인 값의 비교에서도 알 수 있듯이 본 발명에 따라 페녹시수지와 에너지선 경화형 화합물을 사용한 실시예 1 및 비교예 1의 경우가 가교 밀도가 더 높아, 점착층의 강도가 더 높고 우수한 내열특성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이와 같은 이유로 모사된 다이접착 공정(175℃ 오븐에서 45분 체류), 와이어 본딩 공정(220℃ 핫플레이트 위에서 45분 체류), 그리고 밀봉 수지 봉지 공정 이후 탈착 시 리드프레임에 점착 조성물의 잔사가 실시예 1 및 비교예 1의 경우에만 검출되지 않았다. 실시예 1 및 비교예 1의 경우 와이어 본딩성 검사에서 와이어 본딩 불량율이 약 300ppm 정도로 아주 우수한 것으로 확인되었다.
또한, 아크릴수지를 주재로 하는 점착 조성물인 비교예 2의 경우, 아크릴수지 고유의 특성으로 상온에서는 점착력이 없고, 고온에서만 점착력이 발현되는 점착 조성물을 구성하는 데에 한계가 있음을 확인하였다. 그러나, 열가소성수지인 페녹시수지를 사용하는 실시예 1의 경우, 상온에서는 점착력이 없고, 고온에서만 점착력이 구현되는 라미네이션 방식에 아주 적합하다는 것을 확인하였다. 그리고, 에너지선 경화형 화합물을 통한 3차원의 상호 침투 망상 가교 구조를 형성하지 않을 시에는 점착층이 밀린 것을 확인하였고, 내열성의 부족으로 상기된 모사 열공정을 통과한 후에 테이프를 탈착했을 시 리드프레임에 점착 조성물이 잔사되어 있는 것을 확인하였다. 또한 160℃ 봉지재 박리력 및 탈착 후 봉지재 외관 불량과 관련해서는 히드록실기를 갖는 무기입자가 포함된 실시예 1의 경우, 우수한 봉지재 박리력과 함께 탈착 후에도 봉지재 표면 박리를 통해서 외관상 불량을 관찰할 수 없었으나, 히드록실기를 갖는 무기입자를 포함하지 않는 비교예 1의 경우, 간헐적인 외관상 불량이 발생하여 제품 수율에 문제가 있음을 확인하였다.
본 발명은 반도체를 제조하는 반도체 공정에서 사용되는 마스킹 테이프를 제조하기 위한 점착 조성물을 제조하는 산업, 이를 이용하여 마스킹 테이프를 제조하는 산업 및 이러한 마스킹 테이프를 사용하는 반도체 제조산업 등에서 이용될 수 있다.

Claims (7)

  1. 페녹시수지 100중량부를 기준으로 하여, 열경화제 0.1 내지 40중량부, 에너지선 경화형 아크릴수지 5 내지 30중량부, 광개시제 0.5 내지 10중량부 및 무기입자 3 내지 50중량부를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 마스킹 테이프 제조용 점착 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 페녹시수지가 중량평균 분자량이 1,000 내지 500,000인 페녹시수지 또는 변성 페녹시수지임을 특징으로 하는 상기 마스킹 테이프 제조용 점착 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지선 경화형 아크릴수지가 적어도 하나의 탄소 이중결합을 분자 내에 가지고 있는 것임을 특징으로 하는 상기 마스킹 테이프 제조용 점착 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기입자가 적어도 하나의 히드록실기(hydroxyl group)를 가지며, 0.1 내지 20㎛의 범위 이내의 평균입경을 가지는 것임을 특징으로 하는 상기 마스킹 테이프 제조용 점착 조성물.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 따른 점착 조성물을 내열 기재 상에 도포시켜서 형성되는 점착층을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 공정용 내열 마스킹 테이프.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 내열 기재가 두께가 5 내지 100㎛의 범위 이내이고, 유리전이온도가 110 내지 450℃의 온도범위 이내이고, 열팽창계수가 100 내지 200℃에서 1 내지 35ppm/℃의 범위 이내이고, 상온 탄성률이 1 내지 10GPa의 범위 이내인 것임을 특징으로 하는 상기 반도체 공정용 내열 마스킹 테이프.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 점착층의 스테인레스스틸(STS)에 대한 상온 점착력이 0 내지 1gf/50㎜의 범위 이내인 것임을 특징으로 하는 상기 반도체 공정용 내열 마스킹 테이프.
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